ITMI20110096A1

ITMI20110096A1 - BELLOWS SYSTEM, PARTICULARLY FOR HELICOPTER ROTORS

Info

Publication number: ITMI20110096A1
Application number: IT000096A
Authority: IT
Inventors: Stefano Babini; Alessandro Carmelli
Original assignee: Posa S P A
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-07-28

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

“SISTEMA A SOFFIETTO, PARTICOLARMENTE PER ROTORI DI ELICOTTERI” "BELLOWS SYSTEM, ESPECIALLY FOR HELICOPTER ROTORS"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda, in generale, un sistema a soffietto con prestazioni migliorate. Nello specifico, la presente invenzione riguarda un sistema a soffietto da applicare ad un rotore di un elicottero, in particolare al rotore di coda. The present invention generally relates to a bellows system with improved performance. Specifically, the present invention relates to a bellows system to be applied to a rotor of a helicopter, in particular to the tail rotor.

Nel seguito si farà specifico riferimento al rotore di coda di un elicottero, essendo inteso che il soffietto secondo l’invenzione è applicabile anche al rotore principale. In the following, specific reference will be made to the tail rotor of a helicopter, it being understood that the bellows according to the invention is also applicable to the main rotor.

Il rotore di coda è un sistema necessario a garantire la stabilità dell’elicottero in volo in seguito alla coppia generata dal rotore principale. I rotori sono dei sistemi formati da due o più pale collegate a un mozzo calettato su un albero messo in rotazione dai motori. Nel caso particolare di un rotore di coda, durante il volo, al mozzo è possibile un escursione lungo l’asse dell’albero. Questo movimento generalmente non è provocato dal pilota ma conseguenza delle forze aerodinamiche a cui è sottoposto l’elicottero. The tail rotor is a system necessary to ensure the stability of the helicopter in flight following the torque generated by the main rotor. Rotors are systems formed by two or more blades connected to a hub keyed on a shaft rotated by the motors. In the particular case of a tail rotor, during flight, an excursion along the axis of the shaft is possible at the hub. This movement is generally not caused by the pilot but a consequence of the aerodynamic forces to which the helicopter is subjected.

In virtù di questo movimento, è necessario disporre un sistema sull’albero del rotore, generalmente elastico, in grado di assorbire le forze e l’ oscillazioni del rotore e allo stesso tempo limitarne l’escursione. È inoltre necessario avere un dispositivo che protegga la parte cinematica del rotore, agendo da antipolvere, antiruggine e da protezione all’acqua. By virtue of this movement, it is necessary to have a system on the rotor shaft, generally elastic, capable of absorbing the forces and oscillations of the rotor and at the same time limiting its excursion. It is also necessary to have a device that protects the kinematic part of the rotor, acting as an anti-dust, anti-rust and water protection.

A questo scopo è solitamente disposto sull’albero del rotore un soffietto elastico, solidale con l’albero e quindi rotante con esso, in gado di comprimersi o estendersi a seconda dei movimenti del rotore e di assolvere detti compiti di antipolvere e antiruggine. For this purpose, an elastic bellows is usually arranged on the rotor shaft, integral with the shaft and therefore rotating with it, capable of compressing or extending according to the movements of the rotor and to perform said anti-dust and anti-rust tasks.

Un tale soffietto della tecnica nota è generalmente realizzato in forma circolare chiusa in materiale fluorosiliconico e disposto alla base delle pale del rotore. In questo caso, il montaggio avviene prima dell’installazione delle pale, in altre parole infilando il soffietto sull’albero. Such a bellows of the known art is generally made in a closed circular shape of fluorosilicone material and arranged at the base of the rotor blades. In this case, the assembly takes place before installing the blades, in other words by inserting the bellows on the shaft.

Un problema che sorge con questi soffietti è legato alla loro durata. Generalmente, i soffietti elastici hanno una vita operativa di circa 5000 ore di volo, mentre un rotore può arrivare fina a 20000 ore prima di intraprendere le necessarie operazioni di manutenzione o sostituzione. Un altro problema è legato alla rottura anticipata del soffietto elastico. In entrambi i casi, per procedere alla sostituzione si rende necessario smontare il rotore, operazione che effettuata in anticipo rispetto ai normali periodi di manutenzione comporta un eccessivo dispendio di tempo e personale, nonché costi aggiuntivi imprevisti, legati anche alla necessità di tenere l’elicottero “fermo”. Occorre pertanto ricercare una soluzione che non comporti lo smontaggio del rotore di coda. A problem that arises with these bellows is related to their duration. Generally, the elastic bellows have an operational life of about 5000 hours of flight, while a rotor can reach up to 20,000 hours before undertaking the necessary maintenance or replacement operations. Another problem is related to the premature rupture of the elastic bellows. In both cases, to proceed with the replacement it is necessary to disassemble the rotor, an operation that carried out in advance with respect to normal maintenance periods involves an excessive waste of time and personnel, as well as unexpected additional costs, also linked to the need to keep the helicopter "stopped". It is therefore necessary to find a solution that does not involve the disassembly of the tail rotor.

Un tentativo di soluzione a questo problema è rappresentata da un soffietto “aperto”, ovvero con un labbro di sormonto da incollare, cucire o comunque assemblare in modo semplice e durevole. La circonferenza del soffietto è leggermente maggiore della circonferenza dell’albero, in modo da ottenere tale labbro di sormonto. In questo caso, il soffietto può essere disposto dopo l’installazione delle pale avvolgendo il soffietto attorno all’albero e chiudendo l’estremità libera normalmente attraverso un opportuno incollaggio. In caso di rottura o sostituzione, occorre semplicemente rimuovere il vecchio soffietto e procedere ad all’ operazione di montaggio del nuovo soffietto. An attempt to solve this problem is represented by an “open” bellows, that is with an overlapping lip to be glued, sewn or otherwise assembled in a simple and durable way. The circumference of the bellows is slightly greater than the circumference of the shaft, in order to obtain this overlapping lip. In this case, the bellows can be arranged after the installation of the blades by wrapping the bellows around the shaft and closing the free end normally through appropriate gluing. In case of breakage or replacement, simply remove the old bellows and proceed with the assembly of the new bellows.

Tuttavia, anche nel caso di soffietto “aperto” sorgono diversi problemi. Le prestazioni dell’incollaggio dipendono, oltre che dai mastici, anche dalla superfìcie interessata, che è relativamente piccola, e dalla capacità dell’operatore. Oltre al problema suddetto, il sormonto genera sul soffietto uno squilibrio di masse che influenza la deformazione assiale del soffietto, presentando una reazione a trazione/compressione variabile in direzione radiale in quanto proporzionale agli spessori. Infine, ma non di minore importanza, in caso di soffietto solidale all’albero rotante, a causa della distribuzione di massa non uniforme, si generano forze centrifughe squilibrate e sicuramente dannose. However, even in the case of an “open” bellows various problems arise. The performance of the gluing depends not only on the mastics, but also on the affected surface, which is relatively small, and on the ability of the operator. In addition to the aforementioned problem, the overlap generates an imbalance of masses on the bellows which influences the axial deformation of the bellows, presenting a variable traction / compression reaction in the radial direction as it is proportional to the thicknesses. Last but not least, in the case of a bellows integral with the rotating shaft, due to the non-uniform mass distribution, unbalanced and certainly harmful centrifugal forces are generated.

Scopo principale della presente invenzione è, dunque, quello di fornire un sistema a soffietto, in particolare per rotore di coda di un elicottero, in grado di eliminare, o quantomeno ridurre, gli inconvenienti sopra lamentati con riferimento allo stato della tecnica nota. The main object of the present invention is therefore to provide a bellows system, in particular for the tail rotor of a helicopter, capable of eliminating, or at least reducing, the drawbacks mentioned above with reference to the state of the known art.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema a soffietto per rotore di elicottero, che risulti di semplice realizzazione ed ottenibile a costi di produzione competitivi. Another object of the present invention is to provide a bellows system for helicopter rotor, which is simple to manufacture and obtainable at competitive production costs.

Questi ed altri scopi, che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1. These and other purposes, which will appear better later, are achieved in accordance with the invention with the characteristics listed in the attached independent claim 1.

Aspetti vantaggiosi dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti. Advantageous aspects of the invention appear from the dependent claims.

Secondo l’invenzione si fornisce, dunque, un sistema a soffietto, in particolare per l’applicazione su un rotore di un elicottero, costituito da un soffietto interno e un soffietto esterno aperti lungo dei rispettivi tagli, dotati di estremità di testa, in cui il soffietto esterno presenta delle dimensioni tali da adattarsi perfettamente sul soffietto interno, su cui viene incollato, dopo che quest’ultimo è stato disposto sull’albero di un rotore in modo da ottenere un soffietto a sezione chiusa di rapido e facile montaggio, garantendo al contempo un comportamento uniforme sia in direzione radiale sia in trazione/compressione e alte prestazioni meccaniche e di resistenza ai fattori ambientali. According to the invention, therefore, a bellows system is provided, in particular for application on a rotor of a helicopter, consisting of an internal bellows and an external bellows open along the respective cuts, equipped with head ends, in which the external bellows has dimensions such as to fit perfectly on the internal bellows, on which it is glued, after the latter has been placed on the shaft of a rotor in order to obtain a closed section bellows of quick and easy assembly, guaranteeing the at the same time a uniform behavior both in the radial direction and in traction / compression and high mechanical performance and resistance to environmental factors.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa, e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui: Further features of the invention will appear clearer from the detailed description that follows, referring to a purely exemplary embodiment thereof, and therefore not limiting, illustrated in the attached drawings, in which:

la Figura 1 è una vista in prospettiva esplosa del sistema a soffietto secondo l’invenzione; Figure 1 is an exploded perspective view of the bellows system according to the invention;

la Figura 2 è una vista in prospettiva del sistema a soffietto di fig. 1 in condizione assemblata; Figure 2 is a perspective view of the bellows system of Fig. 1 in assembled condition;

la Figura 3 a è una vista in pianta mostrante una proiezione frontale di estremità del soffietto interno ; Figure 3 a is a plan view showing a front end projection of the inner bellows;

la Figura 3b è una vista in sezione del soffietto interno secondo la linea A-A in figura 3 a; Figure 3b is a sectional view of the internal bellows along the line A-A in Figure 3a;

la Figura 4a è una vista in pianta mostrante una proiezione frontale di estremità del soffietto esterno ; Figure 4a is a plan view showing a front end projection of the outer bellows;

la Figura 4b è una vista in sezione del soffietto esterno secondo la linea B-B in figura 4a; Figure 4b is a sectional view of the outer bellows along the line B-B in Figure 4a;

la Figura 5a è una vista in pianta mostrante una proiezione frontale di estremità del sistema a soffietto assiemato, Figure 5a is a plan view showing an end front projection of the assembled bellows system,

la Figura 5b è una vista in sezione del sistema a soffietto assiemato secondo la linea C-C in figura 5a in estensione iniziale, Figure 5b is a sectional view of the bellows system assembled along the line C-C in Figure 5a in initial extension,

la Figura 5c è una vista come la Figura 5b in estensione massima; e la Figura 5d è una vista come la Figura 5b in estensione minima. Figure 5c is a view like Figure 5b in maximum extension; and Figure 5d is a view like Figure 5b in minimum extension.

Negli uniti disegni, parti o componenti uguali o simili vengono indicati con gli stessi numeri di riferimento, In the accompanying drawings, identical or similar parts or components are indicated by the same reference numbers,

Con riferimento inizialmente alla Figura 1, viene illustrato in esploso il sistema a soffietto secondo l’invenzione indicato con il numero di riferimento 1, comprendente un soffietto esterno 10 e un soffietto interno 20. 1 soffietti esterni e interno 10, 20 presentano rispettive estremità di testa 11, 21 che vengono disposte intorno all’albero del rotore e rimangono fisse e in posizione durante la compressione/trazione. Il fissaggio avviene mediante una fascetta, non mostrata, trattenuta da una protuberanza 17 prevista in prossimità dell’estremità di testa 11 del soffietto esterno 10. 1 soffietti hanno una classica forma a fisarmonica con delle anse o volute 15, 25 racchiuse tra creste 14, 24. Prima di essere montati, detti soffietti esterno e interno 10, 20 sono aperti lungo rispettivi tagli longitudinali 13, Nelle figure 3a, 4a, 5a sono mostrate le viste di testa dei soffietti interno, esterno e dei due soffietti assiemati. Le figure 3b, 4b, 5b mostrano le rispettive viste laterali delle figure precedenti, in estensione iniziale. Nelle figure 5c e 5d è mostrato il sistema a doppio soffietto in estensione massima e in estensione minima. Come si può osservare, le estremità di testa rimangono fisse rispetto all’albero 40 mostrato a tratteggio, mentre il corpo dei soffietti si comprime o estende a seconda del carico che agisce su di essi. With initial reference to Figure 1, an exploded view is shown of the bellows system according to the invention indicated by the reference number 1, comprising an external bellows 10 and an internal bellows 20. The external and internal bellows 10, 20 have respective ends of head 11, 21 which are arranged around the rotor shaft and remain fixed and in position during compression / traction. The fastening takes place by means of a clamp, not shown, held by a protuberance 17 provided near the head end 11 of the external bellows 10. The bellows have a classic accordion shape with loops or volutes 15, 25 enclosed between ridges 14, 24. Before being assembled, said external and internal bellows 10, 20 are open along respective longitudinal cuts 13. Figures 3a, 4a, 5a show the head views of the internal, external bellows and of the two assembled bellows. Figures 3b, 4b, 5b show the respective side views of the previous figures, in initial extension. Figures 5c and 5d show the double bellows system in maximum extension and minimum extension. As can be seen, the head ends remain fixed with respect to the shaft 40 shown in broken lines, while the body of the bellows compresses or extends depending on the load acting on them.

Ciò è dovuto al fatto che alle estremità di coda 18, 28 dei soffietti 10, 20 si determina una protuberanza 30 sporgente internamente che va ad alloggiare in una gola 31 di un elemento 32 (vedere in particolare fìg. 5b) girevole intorno all’albero 40, ma non fisso assialmente. This is due to the fact that at the tail ends 18, 28 of the bellows 10, 20 there is an internally protruding protuberance 30 which lodges in a groove 31 of an element 32 (see in particular Fig. 5b) which rotates around the shaft. 40, but not axially fixed.

Nella forma di realizzazione preferita, ma non limitativa, illustrata nelle varie figure, i soffietti hanno tre anse racchiuse tra quattro creste. In the preferred but non-limiting embodiment illustrated in the various figures, the bellows have three loops enclosed between four ridges.

Le dimensioni del soffietto esterno 10 sono tali da calzare perfettamente sul soffietto interno 20, ovvero, in uso l’estremità 11 avvolge l’estremità 21 e le creste 14 del soffietto 10 ricoprono le rispettive creste 24 del soffietto 20. Conseguentemente, la lunghezza dei due soffietti è la medesima. The dimensions of the external bellows 10 are such as to fit perfectly on the internal bellows 20, that is, in use, the end 11 wraps around the end 21 and the ridges 14 of the bellows 10 cover the respective ridges 24 of the bellows 20. Consequently, the length of the bellows two bellows is the same.

Il sistema a soffietto 1 secondo l’invenzione è mostrato assiemato in Figura 2 svincolato dall’albero di un rotore. I due soffietti esterno e interno 10, 20 sono montati l’uno sull’altro con i rispettivi tagli 13, 23 disposti diametralmente opposti, ovvero sfalsati di 180°. I tagli 13, 23 in Figura 2 sono puramente illustrativi, e lasciano uno spazio aperto di dimensioni minime. In questo modo, tutta la superficie dell’albero è coperta, e gli squilibri di massa e spessore sono resi minimi. The bellows system 1 according to the invention is shown assembled in Figure 2 released from the shaft of a rotor. The two external and internal bellows 10, 20 are mounted on each other with their respective cuts 13, 23 arranged diametrically opposite, or offset by 180 °. The cuts 13, 23 in Figure 2 are purely illustrative, and leave an open space of minimal size. In this way, the entire surface of the shaft is covered, and the imbalances in mass and thickness are minimized.

Il montaggio del sistema a soffietto sull’albero di un rotore di elicottero già completo di pale è relativamente semplice. Prima viene disposto il soffietto interno 20 sull’albero del rotore. Il foro del soffietto combacia quasi perfettamente con la circonferenza dell’albero, senza la necessità quindi di sovrapporre i bordi, ma lasciando uno spazio minimo in corrispondenza del taglio 23 (vedere, come esempio, fig. 2). Successivamente, viene disposto uno strato di colla sul soffietto interno 20 in particolare nelle anse o volute 25, soprattutto dalla parte opposta al taglio 23, e sulle estremità di testa e di coda. II soffietto esterno 10 viene quindi disposto sul soffietto interno 20, dopo aver depositato del collante nelle anse 15, in modo che il taglio 13, come precedentemente detto, si trovi sfalsato di 180° rispetto al taglio 23. Per tenere assiemati i due soffietti 10, 20 per il tempo necessario alla “presa” della colla, nelle anse del soffietto esterno vengono disposti temporaneamente cordini in gomma annodati. Si ottiene così un doppio soffietto compatto e con le stesse caratteristiche di un soffietto a sezione chiusa. The assembly of the bellows system on the shaft of a helicopter rotor already complete with blades is relatively simple. First the internal bellows 20 is placed on the rotor shaft. The bellows hole fits almost perfectly with the circumference of the shaft, without the need to overlap the edges, but leaving a minimum space at the cut 23 (see, as an example, fig. 2). Subsequently, a layer of glue is placed on the internal bellows 20 in particular in the loops or volutes 25, especially on the side opposite the cut 23, and on the head and tail ends. The external bellows 10 is then placed on the internal bellows 20, after having deposited some glue in the loops 15, so that the cut 13, as previously mentioned, is offset by 180 ° with respect to the cut 23. To keep the two bellows 10 together , 20 for the time necessary for the glue to “set”, knotted rubber cords are temporarily arranged in the loops of the external bellows. In this way a compact double bellows is obtained with the same characteristics of a closed section bellows.

La soluzione del doppio soffietto, con ciascun elemento aperto e i tagli 13, 23 così disposti a 180°, amplifica quindi la superficie destinata all’incollaggio, facilita la disposizione del mastice nelle anse dei soffietti e dà luogo a un sistema di masse relativamente equilibrate. Il comportamento a trazione/compressione risulta poco influenzato avendo mantenuto costanti gli spessori. The solution of the double bellows, with each element open and the cuts 13, 23 thus arranged at 180 °, therefore amplifies the surface intended for gluing, facilitates the arrangement of the mastic in the bellows loops and gives rise to a system of relatively balanced masses. The traction / compression behavior is little influenced having kept the thicknesses constant.

Per l’incollaggio occorre utilizzare un mastice che, una volta “fatta presa”, non diventi rigido. La soluzione migliore è rappresentata dal mastice siliconico RTV, che reticola a temperatura ambiente. La scelta di tale colla richiede l’utilizzo di manufatti realizzati in materiali compatibili, cioè mescole siliconiche. Ciò nonostante, con questa soluzione le prestazioni meccaniche alle varie temperature sono mantenute e addirittura migliorate. I soffietti così ottenuti sono relativamente più poveri ma di conseguenza meno costosi. For gluing, a mastic must be used which, once "set", does not become rigid. The best solution is RTV silicone mastic, which crosslinks at room temperature. The choice of this glue requires the use of products made of compatible materials, i.e. silicone compounds. Nevertheless, with this solution the mechanical performances at various temperatures are maintained and even improved. The bellows thus obtained are relatively poorer but consequently less expensive.

Convenientemente, per le sostituzioni del sistema a soffietto secondo l’invenzione, viene fornito un apposito kit comprendente i due soffietti chiusi o già aperti, un tubetto di mastice RTV e un cordino in gomma siliconica da tagliare nelle lunghezze desiderate. La disposizione e la sostituzione dei soffietti viene pertanto effettuata senza la necessità di procurarsi ulteriore materiale rispetto a quello previsto nel kit, garantendo tra l’altro la compatibilità di materiale e relativo incollaggio. Conveniently, for the replacements of the bellows system according to the invention, a special kit is provided including the two closed or already open bellows, a tube of RTV putty and a silicone rubber cord to be cut into the desired lengths. The arrangement and replacement of the bellows is therefore carried out without the need to procure additional material than that provided in the kit, guaranteeing, among other things, the compatibility of the material and its gluing.

Sul sistema a soffietto assemblato possono essere praticati fori di dimensioni limitate 41 in modo da consentire il passaggio dell’aria e il ricircolo nel sistema a doppio soffieto ed evitare la creazione di vuoto al suo interno. On the assembled bellows system, holes of limited size 41 can be drilled in order to allow the passage of air and recirculation in the double-bellows system and avoid the creation of vacuum inside it.

In questo modo si otiene un sistema a doppio soffieto formato da due soffieti aperti che ha le stesse carateristiche di un soffietto a sezione chiusa, e che può quindi essere posto in opera senza la necessità di smontare il sistema in cui deve essere inserito, riducendo così i costi di manutenzione e sostituzione. In this way a double puff system is obtained formed by two open bellows which has the same characteristics as a closed section bellows, and which can therefore be installed without the need to disassemble the system in which it must be inserted, thus reducing maintenance and replacement costs.

Alla forma di realizzazione dell’ invenzione sopra descritta possono essere apportate numerose modifiche e variazioni di detaglio alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse. Numerous modifications and variations in detail within the reach of a person skilled in the art can be made to the embodiment of the invention described above, however falling within the scope of the invention expressed by the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Bellows system, in particular for application on a rotor of a helicopter, comprising an outer bellows (10) and an inner bellows (20) having respective head (11, 21) and tail (18, 28) ends ) and open longitudinally along respective cuts (13, 23), in which the external bellows (10) has dimensions such as to fit perfectly on the internal bellows (20), on which it is glued, after the latter has been placed on the shaft (40) of a rotor so that said cuts (13), (23) are offset from each other.

Bellows system according to claim 1, wherein the outer bellows (10) is arranged on the inner bellows (20) so that its longitudinal cut (13) is offset by 180 ° with respect to the longitudinal cut (23) of the bellows internal (20).

3. Bellows system according to claim 1 or 2, in which the two bellows (10, 20) are fixed to the rotor shaft and rotate integrally with it.

Bellows system according to claim 3, wherein the head ends (11, 21) of the bellows (10, 20) are fixed to the shaft (40) so as not to undergo displacements during the traction / compression of the bellows ( 10, 20), while the tail ends (18, 28) are constrained to an element (32) which rotates with the shaft, but is not axially fixed.

Bellows system according to any one of the preceding claims, in which the two bellows (10, 20) are made of silicone rubber.

Bellows system according to claim 5, wherein the outer bellows (10) is glued to the inner bellows (20) by means of an RTV-type silicone mastic.

7. Bellows system according to any of the preceding claims, having holes (41) for the passage in the air inside the bellows.

8. Bellows system according to claim 1, wherein silicone rubber cords are provided to be wound on the external bellows during the gripping of the glue.

9. Method for installing a bellows system according to any of the preceding claims to the rotor of a helicopter, comprising the following steps: assembly of the internal bellows (20) on the shaft (40) of the rotor; applying glue on said internal bellows (20); mounting the outer bellows (10) on the inner bellows (20) so that the longitudinal cut (13) of the outer bellows (10) is offset with respect to the longitudinal cut (23) of the inner bellows (10); possible application of the cords on the external bellows (10) while gripping the glue.

10. Kit comprising the external bellows (10), the internal bellows (20), a tube of RTV mastic and a silicone rubber cord of adequate length for the realization of a bellows system according to any one of claims 1 to 8.